Ihmiskehon tiheys on tärkeä kehon terveyden ominaisuus, joten on hyödyllistä osata laskea se. Lisäksi tämä arvo on erittäin tärkeä joissakin urheilulajeissa. Tarkastellaanpa tätä artikkelin ongelmaa tarkemmin.
Tiheys fyysisenä suurena
Fysiikassa tiheys ymmärretään kertoimeksi, joka yhdistää kappaleen massan ja tilavuuden yhdeksi yhtälöksi. Tämän suuren kaava on: ρ=m/V. Eli se voidaan laskea, jos tiedät tarkalleen mitatun kohteen massan ja tilavuuden, jonka se vie avaruudessa.
Koska massa mitataan kilogrammoina ja tilavuus kuutiometreinä, tiheysyksiköt ovat kg/m3 tai g/cm3.
Ihmiskehon keskimääräinen tiheys ja terveys
Ennen kuin siirrymme ihmistiheyden tarkasteluun, on muistettava, että kehomme koostuu seuraavista peruskudoksista:
- rasvainen;
- lihaksikas;
- luu.
Jokainen niistäsisältää vettä. Vähiten nestettä löytyy luista ja sitten rasvakudoksesta. Lihakset sisältävät eniten vettä. Jos vähennät rasvakudoksen painon ihmisen kokonaismassasta, saat luvun, jota kutsutaan yleisesti laihaksi kehon massaksi.
Viime vuosisadan 60-luvulla kolmen valkoisen ihmisen kuivattuja ruumiita tutkiessaan tutkijat havaitsivat, että heidän keskimääräinen rasvatiheys oli 0,901 g/cm3, tämän kuivapainoarvon havaittiin olevan 1,100 g/cm3. Myöhemmät tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että kuivamassan tiheys itse asiassa vaihtelee välillä 1,082 g/cm3 - 1,113 g/cm3.
Mitä nämä tiedot sanovat? Se on yksinkertaista, mitä pienempi ihmisen keskimääräinen tiheys on, sitä enemmän hänen kehossaan on rasvaa, mikä tarkoittaa sitä suurempi riski sairastua sydän- ja verisuonisairauksiin.
Tiheyden erityisluku
Tiheysarvolle on vaikea antaa tiettyä arvoa, jolla voimme sanoa sen olevan normaali. Tämä johtuu useista sen arvoon vaikuttavista tekijöistä. Tässä tulee ottaa huomioon luun mineraalikoostumus, lihasmassa, rasvakudoksen paino, jonka arvot vaihtelevat iän, sukupuolen ja kehon yksilöllisten ominaisuuksien mukaan.
Joitakin useista kirjallisista lähteistä kerättyjä tietoja voidaan kuitenkin lainata. Jotkut niistä antavat ihmiskehon keskimääräiseksi tiheydeksi 1070 kg/m3. Toiset sanovat, että sen vähimmäisarvot ovat 930-940 kg/m3. Tällainen arvojen leviäminen liittyy yhteen yksinkertaiseentosiasia: ihmisen tiheys voi laskea merkittävästi, jos hän täyttää keuhkonsa ilmalla. Siten ihmiskehon tiheys 1070 kg/m3 osoittaa, että hän hengitti ilmaa kokonaan ulos keuhkoistaan, päinvastoin, arvo 930 kg/m 3 saatu täydellä hengityksellä.
Miten ihmisen tiheys lasketaan?
Kuten edellä mainittiin, tätä varten sinun tulee mitata kehon massa ja tilavuus. Massassa ei ole ongelmia, sinun tarvitsee vain seistä vaa'alla ja saada heti tarkka arvo kilogrammoina. Tilavuuden mittaaminen on monimutkaisempaa.
Täysin monimutkaisen muotoisen kappaleen tilavuus voidaan määrittää tarkasti, jos se upotetaan nesteeseen, esimerkiksi veteen. Sitten kokonaan upotetun kappaleen syrjäyttämän nesteen määrä on täsmälleen sama kuin haluttu indikaattori. Tämän ominaisuuden avulla määritetään henkilön tilavuus, joka istuu erityisellä tuolilla, häntä pyydetään hengittämään ulos keuhkoista ilmaa ja sitten upotettuna veteen. Mittaamalla sen painon veden alla, saat sopivan luvun halutun indikaattorin määrittämiseksi.
Tiheys ja ihmisen uimataito
Kuten edellä todettiin, jos henkilö hengittää syvään, hänen keskimääräinen tiheytensä putoaa alle 1 g/cm3. Archimedesin laista puolestaan seuraa, että jos kappaleen keskimääräinen tiheys ylittää tämän arvon nesteelle, jossa se sijaitsee, tämä kappale väistämättä uppoaa. Makean veden tiheys on 1 g/cm3, joten jos ihminen täyttää keuhkonsa ilmalla, hän ei koskaanei hukku. Huomaa, että merivesi sisältää suuren määrän suoloja, jotka lisäävät sen tiheyttä. Joissakin tapauksissa tämä nousu ylittää arvon 1070 kg/m3, joten ihminen voi makaa sellaisessa vedessä ilman pelkoa hukkumisesta jopa täydellä uloshengityksellä. Silmiinpistävä esimerkki on Kuollutmeri, jossa veden tiheys on 1240 kg/m3.
On myös mielenkiintoista pohtia tämän asian kysymystä henkilön sukupuolen näkökulmasta. Naisen kehossa on keskimäärin enemmän rasvakudosta kuin miehellä. Rasva on suhteellisen ohutta materiaalia (0,901 g/cm3), mikä tarkoittaa, että kauniit sukupuolet voivat kellua miehiä helpommin.
Miehen ja naisen keskimääräinen tiheys: laskelma
Yllä olevat arvot osoittavat, että uloshengitettäessä ihmiskehon keskimääräinen tiheys on 1070 kg/m3. Tätä arvoa ei kuitenkaan ole määritetty naisille ja miehille. Tässä artikkelin kohdassa yritämme saada sen jokaiselle sukupuolelle yllä olevien kuvien perusteella. Ota myös huomioon, että terveessä tilassa miehen kehon rasvaprosentti on 15,5 % ja naisella 22,5 % (nämä arvot ovat vastaavien normaalirajojen keskiarvoja).
Otetaan ensin kaava keskimääräiselle tiheydelle. Olkoon ihmiskehon massa m kg, niin siinä olevan rasvan massa on pm ja kuivamassa yhtä suuri kuin (1-p)m, missä p on rasvakudoksen prosenttiosuus. Ihmiskehon tilavuus onrasvan ja kuivamassan summa. Kun otetaan huomioon artikkelin alussa annettu kaava, saadaan: V=pm/ρ1 + (1-p)m/ρ2, jossa ρ1 ja ρ2 ovat rasva- ja kuivamassatiheyksiä, vastaavasti. Nyt voimme laskea koko kehon keskimääräisen tiheyden, meillä on: ρ=m/(pm/ρ1 + (1-p)m/ρ 2)=1/(p/ρ1 + (1-p)/ρ2).
Koska ρ1=0,901 g/cm3 ja ρ2=1,1 g/cm3 (arvot on annettu artikkelissa yllä), korvaamalla sitten miesten ja naisten kehon rasvaprosentin, saadaan:
- miehet: ρ=1/(0, 155/0, 901 + (1-0, 155)/1, 1)=1, 064 g/cm3tai 1064 kg/cm3;
- naiset: ρ=1/(0,225/0,901 + (1-0,225)/1,1)=1,048 g/cm3tai 1048 kg/cm 3.
Lasketut arvot ovat lähellä 1070 kg/m3. Jokainen henkilö, joka tietää kehonsa rasvaprosentin, voi käyttää yllä olevaa kaavaa laskeakseen oman keskimääräisen kehon tiheytensä. Muista, että tämä arvo vastaa tilaa, jolloin henkilö suoritti maksimaalisen uloshengityksen.
